基于LabVIEW的電子-秤的設(shè)計(jì)研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)基于LabVIEW的電子秤的設(shè)計(jì)研究摘要隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求越來越高。電子測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子測(cè)量儀器由于其功能單一，體積龐大，己經(jīng)很難滿足實(shí)際測(cè)量工作中多樣性、多功能的需要。以虛擬儀器為代表的新型測(cè)量儀器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟硬件功能，把計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)緊密結(jié)合起來，是融合了電子測(cè)量、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的新型測(cè)量技術(shù)。特別是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)的各種測(cè)量儀器由于成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)得到了更廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的電子秤，該系統(tǒng)采用普通PC機(jī)為主機(jī),利用圖形化可視測(cè)試軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái),將被測(cè)重量轉(zhuǎn)換處理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)進(jìn)行處理、顯示。關(guān)鍵詞：電子秤；虛擬儀器；LabVIEWDesignoftheintelligentelectronicsteelyardbasedonLabVIEWAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,therequirementonmeasurementtechnologyisgettingmoreandmoreimportant.Theapplicationofelectronicmeasurementtechnologyhasextendedtomorefieldsthanbefore.Duetolimitedfunctionsandbigsize,traditionalelectronicmeasuringequipmentsarenolongersuitabletocommonpurposes.Therapiddevelopmentofintegratedcircuitandcomputertechnologygivesbirthtoanewkindofinstrument,VirtualInstrument(VI).Asaresult,thetestingcostincreasesbyawidemargin.Inrecentlyyears,anewmeasuretechnologythatcombinesthetechnologyofelectron,technologyofcomputer,technologyofnetwork,isdevelopedandthisnewtechnologyisnamedVI.Especiallyvariousmeasuringinstrumentsbasedoncomputer,theyaremorewidelyusedbecauseoftheirexcellencesuchas:lowercost,easilyused,etc.Thedesignofsensortechnology,dataacquisitiontechnologyandinstrumenttechnologydevelopmentanddesignaLabVIEW-basedelectronicsteelyard,thesystemusedforordinaryPC-host,theuseofgraphicvisualtestsoftwareforLabVIEWsoftwaredevelopmentplatform,theweightwillbetestedConversionprocessingofdataacquisition,real-timeprocessingthat.Keyword:Electronicssteelyard;Virtualinstrument;LabVIEW目錄摘要 IAbstract II第一章引言 31.1研究背景 31.1.1稱重技術(shù)和衡器的發(fā)展 錯(cuò)誤！未定義書簽。1.1.2電子秤的發(fā)展?fàn)顩r 31.2本章小結(jié) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第二章電子秤的功能、分類及現(xiàn)狀 32.1電子秤的系統(tǒng)構(gòu)成及其使用功能 32.2電子秤的分類 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.3電子秤的現(xiàn)狀 錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4本章小結(jié) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第三章虛擬儀器和LabVIEW簡介 33.1虛擬儀器 33.1.1虛擬儀器的發(fā)展史 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.2虛擬儀器的主要特點(diǎn) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.3虛擬儀器的現(xiàn)狀 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.1.4虛擬儀器的發(fā)展方向 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2LabVIEW語言 33.2.1LabVIEW使用的優(yōu)勢(shì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.2LabVIEW的圖形化程序設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.2.3圖形化的程序設(shè)計(jì)的步驟 錯(cuò)誤！未定義書簽。3.3本章小結(jié) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第四章基于LabVIEW的電子秤設(shè)計(jì) 34.1電子秤的硬件設(shè)計(jì) 34.1.1傳感器 34.1.2信號(hào)調(diào)理電路 錯(cuò)誤！未定義書簽。4.1.3數(shù)據(jù)采集 34.1.4PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡 34.2電子秤的軟件設(shè)計(jì) 34.2.1前面板界面設(shè)計(jì) 34.2.2程序框圖設(shè)計(jì) 34.3本章小結(jié) 錯(cuò)誤！未定義書簽。第五章設(shè)計(jì)總結(jié) 3參考文獻(xiàn) 3致謝 錯(cuò)誤！未定義書簽。引言研究背景質(zhì)量是測(cè)量領(lǐng)域中的一個(gè)重要參數(shù)，稱重技術(shù)自古以來就被人們所重視。公元前，人們?yōu)榱藢?duì)貨物交換量進(jìn)行估計(jì)，起初采用木材或陶土制作的容器對(duì)交換貨物進(jìn)行計(jì)量。以后，又采用簡單的秤來測(cè)定質(zhì)量。據(jù)考證，世界上最古老的計(jì)量器具出土于中東和埃及，最古老的衡器和砝碼出自于埃及。秤是最普遍、最普及的計(jì)量設(shè)備，電子秤取代機(jī)械秤是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然規(guī)律。低成本、高智能化的電子秤無疑具有極其廣闊的市場(chǎng)前景。本章簡述稱重技術(shù)和衡器的發(fā)展過程，論述提出新型電子秤的意義，關(guān)鍵技術(shù)及工作重點(diǎn)等。隨著時(shí)代科技的迅猛發(fā)展，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代電子技術(shù)的成就給傳統(tǒng)的電子測(cè)量與儀器帶來了巨大的沖擊和革命性的影響。常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量儀器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。電子秤的發(fā)展?fàn)顩r電子秤是各行業(yè)對(duì)物料進(jìn)行計(jì)量或工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中對(duì)物料重量進(jìn)行各種控制的新一代重量計(jì)量器具。作為重量測(cè)量儀器,智能電子秤在各行各業(yè)中開始顯現(xiàn)其測(cè)量精度高,測(cè)量速度快,操作簡單易學(xué),可以實(shí)時(shí)監(jiān)控的巨大優(yōu)點(diǎn),使其已經(jīng)開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機(jī)械杠桿測(cè)量秤,成為測(cè)重領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展，而且更需向多種功能的方向發(fā)展。據(jù)悉，目前電子秤的附加功能主要有以下幾種：（1）電子秤附加了處理機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)信息補(bǔ)償裝置,可以進(jìn)行自診斷、自校正和多種補(bǔ)償計(jì)算和處理。（2）具有皮重、凈重顯示等特種功能。電子秤有些已具備了自動(dòng)稱量模式,即通過進(jìn)行算術(shù)平均、積分處理和自動(dòng)調(diào)零等方法,消除上述的誤差。（3）附加特殊的數(shù)據(jù)處理功能。目前的電子秤有附加多種計(jì)算和數(shù)據(jù)處理功能，以滿足多種使用的要求。今后，隨著電子高科技的飛速發(fā)展，電子秤技術(shù)的發(fā)展定將日新月異。同時(shí),功能更加齊全的高精度的先進(jìn)電子秤將會(huì)不斷問世，其應(yīng)用范圍也會(huì)更加拓寬。知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用作品主要應(yīng)用狀態(tài)機(jī)、while循環(huán)、順序結(jié)構(gòu)、條件結(jié)構(gòu)、波形顯示、自定義控件、移位寄存器、數(shù)組、簇、子VI、公示節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集等知識(shí)點(diǎn)。電子秤的功能電子秤的系統(tǒng)構(gòu)成及其使用功能電子秤的系統(tǒng)由由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。其工作的流程如圖2.1所示。使用功能：電子秤采用現(xiàn)代傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一體化的電子稱量裝置，才能滿足并解決現(xiàn)實(shí)生活中提出的“快速、準(zhǔn)確、連續(xù)、自動(dòng)”稱量要求，同時(shí)有效地消除人為誤差，使之更符合法制計(jì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的應(yīng)用要求。圖2.1電子秤系統(tǒng)的流程圖虛擬儀器和LabVIEW簡介虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在Microsoft公司的Windows誕生之前，NI公司已經(jīng)在Macintosh計(jì)算機(jī)上推出了LabVIEW2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和LabVIEW長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。虛擬儀器虛擬儀器（virtualinstrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。LabVIEW語言LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。

圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本準(zhǔn)儀器。基于LabVIEW的電子秤設(shè)計(jì)結(jié)合傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的智能電子秤,該系統(tǒng)采用普通PC機(jī)為主機(jī)，利用圖形化可視測(cè)試軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺(tái),將被測(cè)重量轉(zhuǎn)換處理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)進(jìn)行處理、顯示。因?yàn)長abVIEW是一個(gè)通用的軟件開發(fā)平臺(tái)，其最大優(yōu)勢(shì)在于測(cè)控系統(tǒng)的開發(fā)。它不僅提供了幾乎所有經(jīng)典的信號(hào)處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)分析工具，而且LabVIEW程序還很容易和各種數(shù)據(jù)采集硬件集成，可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線通信以及與大多數(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫鏈接。這種編程方式強(qiáng)調(diào)信號(hào)處理的實(shí)際過程,編程簡單，調(diào)試方便。在一定環(huán)境下的測(cè)量重量的問題，在現(xiàn)實(shí)的生活中的各個(gè)方面得到廣泛的應(yīng)用，而傳統(tǒng)的測(cè)量儀器不僅儀器本身存在較大的誤差，而且其顯示的結(jié)果主要靠人眼用目側(cè)的方法讀出，精度低，采集到的信息還必須通過操作員加以整理、計(jì)算，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因而結(jié)果往往與理論只有較大范圍的出入。對(duì)比于傳統(tǒng)儀器，用虛擬儀器測(cè)量有許多無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，比如進(jìn)行遠(yuǎn)程采集、自動(dòng)分析數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)共享、其他功能擴(kuò)充等。本系統(tǒng)通過傳感器得到反映重量信息的模擬電壓信號(hào)后，經(jīng)過調(diào)理電路濾波放大處理后，經(jīng)VI采集卡送入電腦處理顯示并保存。理論上，傳感器上產(chǎn)生的信號(hào)不可避免的有一些干擾信號(hào)，而且采集卡采集數(shù)據(jù)時(shí)也有一定誤差，因此采集的數(shù)據(jù)與真實(shí)的數(shù)據(jù)多少會(huì)有一定的出入。采用多次測(cè)量求平均值的方法能夠更好的接近真實(shí)值，可把它作為真實(shí)值。但實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在精度要求不高的情況下，沒有必要進(jìn)行這種大規(guī)模的資源的浪費(fèi)，因?yàn)楝F(xiàn)在的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)，誤差完全能夠控制在人們可以接受的范圍內(nèi)，也就是說采集一個(gè)數(shù)據(jù)就足夠了。因此在本設(shè)計(jì)中，共采集量組數(shù)據(jù)：一組為數(shù)組，處理后取平均值作為真實(shí)值；另一組則為一個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)作測(cè)量值處理，然后再對(duì)其求誤差。電子秤的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成,原理框圖如圖4.1所示圖4.1電子秤系統(tǒng)原理框圖傳感器傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常有敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指傳感器中能直接感受被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件指傳感器中能將敏感元件輸出轉(zhuǎn)換為適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)部分。一般講傳感器由敏感原件和轉(zhuǎn)換元件組成。但是由于傳感器輸出信號(hào)一般都很微弱，需要有信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路將其放大或轉(zhuǎn)換為容易傳輸、處理、記錄和顯示的形式。隨著半導(dǎo)體器件與集成技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用，傳感器的信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路可能安裝在傳感器的殼體或與敏感元件一起集成在同一芯片上。因此，信號(hào)調(diào)節(jié)與轉(zhuǎn)換電路以及所需電源都應(yīng)作為傳感器組成的一部分。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器等。電阻應(yīng)變片壓力傳感器是國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種，它具有精度高、測(cè)量范圍廣、頻響特性好等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用的壓力傳感器是電阻應(yīng)變式傳感器。1．電阻應(yīng)變式傳感器電阻應(yīng)變式傳感器具有悠久的歷史，是應(yīng)用最廣泛的傳感器之一。將電阻應(yīng)變片粘貼到各種彈性敏感元件上，的構(gòu)成測(cè)量位移、加速度、力、力矩、壓力等各種參數(shù)的電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器由彈性敏感元件與電阻應(yīng)變片構(gòu)成。彈性敏感元件在感受被測(cè)量時(shí)將產(chǎn)生變形，其表面產(chǎn)生應(yīng)變。而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應(yīng)變片將隨著彈性敏感元件產(chǎn)生應(yīng)變，因此電阻應(yīng)變片的電阻值也產(chǎn)生相應(yīng)的變化。這樣，通過測(cè)量電阻應(yīng)變片的電阻值變化，就可以確定被測(cè)量的大小了。電阻應(yīng)變式傳感器是一種利用電阻應(yīng)變式將應(yīng)變或應(yīng)力轉(zhuǎn)換為電阻的傳感器，可以用于測(cè)量應(yīng)變、力、壓力、位移、加速度、力矩等參數(shù)。具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、測(cè)量精度高、使用簡便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)敏感元件的材料形狀的不同，電阻應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片可分為金屬應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬應(yīng)變式有金屬絲式、金屬箔式和金屬薄膜式；半導(dǎo)體應(yīng)變片有擴(kuò)散型、體型、和薄膜型。電阻應(yīng)變式傳感器主要由電阻應(yīng)變片和測(cè)量電路兩部分組成。當(dāng)電阻應(yīng)變式傳感器在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時(shí)，其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化，其電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系為ΔR/R=K0ε，其中K0為靈敏系數(shù)由金屬材料決定；ε為應(yīng)變，當(dāng)壓力F在一定范圍內(nèi)時(shí)，ε以一個(gè)常數(shù)正比于F,應(yīng)變由物體質(zhì)量產(chǎn)生的荷重而形成,因此可得：m=ɑ×F+b(a,b為常數(shù))。數(shù)據(jù)采集在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本任務(wù)是物理信號(hào)的產(chǎn)生與測(cè)量，要使計(jì)算機(jī)能夠測(cè)量物理信號(hào)，首先需要把被測(cè)物理信號(hào)通過專用的傳感器轉(zhuǎn)換為電壓或電流等電信號(hào)。通常被測(cè)物理信號(hào)不能夠直接接到數(shù)據(jù)采集卡上，還需要利用所謂的信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)。信號(hào)調(diào)理模塊具有濾波、放大、同步采樣等功能。如采樣頻率、濾波，假設(shè)現(xiàn)在對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t)每隔△t時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔△t被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/△t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=O，△t，2△t，3△t……等等，x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0)，x(△t)，x(2△t)都是采樣值。這樣信號(hào)x(t)可以用一組分散的采樣值來表示:{x(0)，x(△t)，x(2△t)，x(3△t)，…，x(k△t)，…}如果對(duì)信號(hào)x(t)采集N個(gè)采樣點(diǎn)，那么x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示:X={x[0]，x[l]，x[2]，x[3]，…，x[N-l]}這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào)x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。注意這個(gè)數(shù)列中僅僅用下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率(或△t)的信息。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊。出現(xiàn)的混頻偏差是輸入信號(hào)的頻率和最靠近的采樣率整數(shù)倍的差的絕對(duì)值。采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz)的信號(hào)可以被正確采樣。為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集(A/D)之前，經(jīng)過一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢?也許可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的2倍就夠了，實(shí)際上工程中選用5-10倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡本設(shè)計(jì)所用的是PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡，通過它來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。圖4.2PCI-6221引腳圖下面是對(duì)PCI-6221性能的一些介紹：輸入通道：16路模擬輸入分辨率：16位分辨率采樣率:250ks/s采樣速率模擬輸出：2路模擬輸出更新速率：833ks/s數(shù)字I/O:24路數(shù)字I/O計(jì)數(shù)器/定時(shí)器:2個(gè)32位的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器觸發(fā)方式：數(shù)字觸發(fā)輸入范圍：±0.2V至±10V電子秤的軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心，在LabVIEW平臺(tái)下，一個(gè)虛擬儀器由兩部分組成：前面板和框圖程序。前面板的功能等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器的面板，框圖程序的功能等效于傳統(tǒng)儀器內(nèi)部的各硬件電路模塊。本系統(tǒng)主要通過LabVIEW編程來實(shí)現(xiàn)電子秤的功能，設(shè)計(jì)分為前面板設(shè)計(jì)和程序框圖設(shè)計(jì)兩部分。前面板界面設(shè)計(jì)前面板界面設(shè)計(jì)是虛擬儀器的重要組成部分，儀器參數(shù)的設(shè)置、測(cè)試結(jié)果顯示等功能都是通過軟件實(shí)現(xiàn)，因此要求軟件界面簡單直接，便于使用。前面板主要由輸入控制器(control)和輸出指示器(indicate)組成，可通過控制面板和工具模板創(chuàng)建。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前面板如圖所示，主要包括參數(shù)設(shè)置，實(shí)時(shí)顯示，數(shù)碼管顯示等。圖4.3電子秤前面板圖4.4電子秤前面板圖4.5電子秤前面板參數(shù)設(shè)置：設(shè)置輸入輸出通道，電橋供電電壓，零位設(shè)置。實(shí)時(shí)顯示：顯示當(dāng)前電壓，重量和電壓變化曲線。數(shù)碼管顯示：用數(shù)碼管顯示當(dāng)前重量。程序框圖設(shè)計(jì)程序框圖相當(dāng)于程序的源代碼,只有創(chuàng)建了程序框圖后，該程序才能真正運(yùn)行。其設(shè)計(jì)主要是對(duì)節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可將不同測(cè)量內(nèi)容設(shè)計(jì)成單獨(dú)的功能模塊。各子模塊分別完成一定的功能，在主界面程序或其它的子程序中調(diào)用.各功能模塊間的獨(dú)立性較強(qiáng)，一般都可單獨(dú)調(diào)試、修改和移植。所以整個(gè)系統(tǒng)軟件層次清晰、易于理解、便于修改、利于開發(fā)新功能。狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)4..6狀態(tài)機(jī)圖狀態(tài)機(jī)是對(duì)系統(tǒng)的一種描述，該類系統(tǒng)包含了有限的狀態(tài)，并且在各個(gè)狀態(tài)間可以通過一定的條件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。一般可以用狀態(tài)圖來對(duì)一個(gè)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行精確地描述。初始化初始化是將所有移位寄存器的初始值設(shè)為0，并且進(jìn)入下個(gè)狀態(tài)：開始采集圖4.7初始化狀態(tài)圖開始采集創(chuàng)建輸入輸出通道，設(shè)置采樣時(shí)鐘，并且進(jìn)入輸出狀態(tài)。圖4.7開始采集狀態(tài)圖輸出AO通道輸出5V電壓，為橋路供電，進(jìn)入讀取狀態(tài)。4.8輸出狀態(tài)圖讀取從輸入通道中讀取傳感器測(cè)量到的電壓數(shù)值進(jìn)行均值計(jì)算，并顯示到波形圖標(biāo)中；利用公示節(jié)點(diǎn)將電壓值轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，轉(zhuǎn)換公式為y=(x-x0)*100/(a-x0)；通過子VI把質(zhì)量數(shù)值顯示到數(shù)碼管。圖4.9讀取狀態(tài)圖子VI設(shè)計(jì)子VI作用：把數(shù)值進(jìn)行處理后用數(shù)碼管顯示。子VI原理：將原數(shù)除已100求余數(shù)，可以得到百位的數(shù)值，通過條件結(jié)構(gòu)將數(shù)碼管上的布爾原件點(diǎn)亮或熄滅。圖4.10子VI前面板圖4.11子VI程序框圖總結(jié)參考文獻(xiàn)基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)基于51單片機(jī)的嵌入式Internet系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在擠壓機(jī)上的應(yīng)用MSP430單片機(jī)在智能水表系統(tǒng)上的